WO2016071031A1 - Brennkraftmaschine mit einem die brennräume umgebenden kühlmittelmantel - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem die brennräume umgebenden kühlmittelmantel Download PDF

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WO2016071031A1
WO2016071031A1 PCT/EP2015/071237 EP2015071237W WO2016071031A1 WO 2016071031 A1 WO2016071031 A1 WO 2016071031A1 EP 2015071237 W EP2015071237 W EP 2015071237W WO 2016071031 A1 WO2016071031 A1 WO 2016071031A1
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WO
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coolant
internal combustion
combustion engine
outlet
cylinder
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PCT/EP2015/071237
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan-Tilman Dörel
Christian Westphal
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/108—Siamese-type cylinders, i.e. cylinders cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F2001/106—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using a closed deck, i.e. the water jacket is not open at the block top face

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a plurality of adjacent combustion chambers in a cylinder bank in a cylinder bank, which are surrounded by a common coolant jacket, which can be supplied from an inlet and can be discharged through an outlet in at least two partial flows along different, on different sides Flux chambers arranged coolant jacket sections can be flowed through, which enclose between them the cylinder bank.
  • Cylinder bank systems known in the art generally direct coolant flow longitudinally past the aligned cylinders, from one end of the bank of cylinders to the other, as described, for example, in US 6,289,855 B1.
  • the temperature of the coolant increasing from the inlet end to the outlet end of the shell causes the cylinders to be cooled unevenly, which may cause vapor bubbles to form near the outlet end at high engine loads.
  • Intake passages to upper ends of the cylinder adjacent to the combustion chambers is conveyed.
  • the coolant is evenly distributed to the side flow slots along the cylinders and flows axially downward along the cylinders to cooler lower ends where it flows into
  • the cooling jacket is preferably separated in receiving and discharging sides of the cylinder bank and provided with separate inlet and outlet passages for each side.
  • the gears are provided with various flow passages to provide each cylinder with a same and separate coolant flow having the same coolant temperatures.
  • the flow inlets are formed with flow cross-sectional areas decreasing from the first cylinder at the inlet ends of the passages to the last cylinder Coolant flow from the flow through the cooling jacket to distribute equal to the cylinder.
  • the flow inlets and the flow outlets are separated between the cylinders and through partitions along the centerline of the row of cylinders at longitudinal ends of the aisles.
  • DE 103 57 340 A1 relates to an internal combustion engine having a plurality of combustion chambers arranged side by side, which are surrounded by a common coolant jacket.
  • the coolant jacket is assigned a coolant line element in the form of a collecting strip, which extends over a plurality of combustion chambers and via which coolant can be supplied to the coolant jacket and can be discharged as required.
  • Coolant jacket is realized by a plurality of coolant passages.
  • a flow-guiding element is used for equalizing one through the
  • Coolant passages guided coolant flow wherein at the same time the flow is branched.
  • the flow guide causes a reduction of individual
  • a cylinder crankcase for a reciprocating engine with at least one cylinder and with a cylinder at least partially surrounding water jacket is known, which is flowed through for cooling the cylinder of a cooling liquid, wherein laterally adjacent to the water jacket extends a water distribution channel.
  • US 4,455,972 A describes a cylinder block with a water box, wherein a flow-extending wall divides the water box into an upper and a lower portion. As seen in the direction of flow, the dividing wall is formed obliquely in such a way that the upper section narrows, whereas the lower section widens.
  • Subchannel system in the cylinder block by several, distributed over a cylinder head floor plate passages are supplied with coolant.
  • DE 24 17 925 C2 discloses a liquid-cooled multi-cylinder internal combustion engine, wherein separated from a water jacket surrounding the cylinder an additional
  • Coolant chamber is provided, which narrows horizontally in the flow direction and opens downstream in the water jacket.
  • a device for cooling webs between cylinders of a cylinder block of an internal combustion engine is known. These webs are arranged between cylinders cast together at least in the region of a cylinder block of an internal combustion engine and have cooling channels.
  • DE 198 12 831 A1 relates to an internal combustion engine having at least one fluid channel formed in the cylinder block.
  • the bottom of the coolant In order to achieve an optimized laminar flow of the coolant over an entire length of a cooling channel in the cylinder block, the bottom of the
  • the invention has the object, an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that the flow losses occurring are low and at the same time at least approximately matching flow conditions are achieved in the partial streams.
  • an internal combustion engine in which the inlet is arranged on a first side and the outlet on a second side opposite the first side.
  • the inlet and the outlet are arranged on different sides with respect to the cylinder bank and the cylinder crankcase, a distribution of the supplied coolant is possible in a surprisingly simple manner such that the total flow resistance occurring in the respective partial flow substantially
  • Combustion exhaust additionally hits heated side of the cylinder crankcase. This provides the maximum cooling effect on the higher temperature side, thus improving the overall efficiency.
  • each coolant partial flow between the inlet and the outlet both a
  • Coolant jacket portion flows through on the first side and a coolant jacket portion on the second side, the entire coolant flow first meets the same side of the cylinder crankcase and is distributed there in two partial streams to the different combustion chambers associated coolant jacket regions, while each partial flow then facing away from the first side second side of the same combustion chambers.
  • the lengths of the partial flows between the inlet and outlet at least substantially coincide, so that in a otherwise symmetrical structure of the coolant jacket almost coincident
  • the coolant jacket is assigned a coolant line element with a coolant collection strip.
  • the cylinder crankcase and the cylinder crankcase Preferably, the cylinder crankcase and the cylinder crankcase
  • Cylinder head of the internal combustion engine acted upon by the coolant collecting bar together with the coolant, whereby a so-called recirculation system is realized.
  • the distribution of the cylinder crankcase on the one hand and the cylinder head on the other hand to be supplied coolant amount is preferably variable, for example, by an adjustable throttle element. In this way, the cooling effect, for example, be temporarily concentrated in dependence on detected operating parameters on the cylinder head.
  • Another, likewise particularly practical embodiment of the internal combustion engine according to the invention is achieved in that at least individual webs between adjacent combustion chambers with an opening connecting the two sides, in particular horizontal bore, are equipped. This succeeds, even the
  • a throttling is provided in an outside transition region of at least one coolant jacket section between the two sides of a combustion chamber in order to increase the flow fraction in the opening in the webs. This throttling can also be adjustable, for example.
  • a particularly preferred variant of the invention extends in the region of at least one web a passage up to an upper edge of the cylinder crankcase.
  • This one region of the coolant jacket forming passage can then optionally allow an overflow of the coolant in the region of the cylinder head or is by a
  • the outlet is arranged in an edge region facing the upper plane of the cylinder crankcase, so that the outlet is geodetically higher than the inlet in the case of a horizontal or only slightly inclined orientation of the cylinder row relative to the horizontal. Trapped air thus accumulates in the area of the outlet and can be removed there without difficulty.
  • a separate vent opening may be provided.
  • 1 shows a coolant jacket of an internal combustion engine.
  • Fig. 3 shows a further variant with a passage to a cylinder head.
  • An inventive, equipped with a coolant jacket internal combustion engine will be explained below with reference to Figures 1 to 3.
  • the internal combustion engine has four combustion chambers 1 arranged side by side in a row of cylinders, which are not shown in any more detail
  • Cylinder crankcases of the internal combustion engine are arranged.
  • the combustion chambers 1 are surrounded by a common coolant jacket 2 on both sides of the row of cylinders.
  • the coolant passes from a coolant collecting bar 3 through one as a feed
  • the coolant is discharged through an outlet 6 serving as a trigger.
  • the supplied coolant flow divides into two partial streams, which the cylinder bank into each other
  • the inlet 4 is arranged at an operating hot exhaust side 9 for the combustion gases of the internal combustion engine and the outlet 6 on a suction side 10 for the fresh air supplied to the internal combustion engine, the entire coolant flow is first fed to the relatively hotter side of the cylinder crankcase.
  • a substantial increase in efficiency in the cooling effect is achieved.
  • the respective total length of the coolant sub-streams between the inlet 4 and the outlet 6, which in each case both a coolant jacket section on the outlet side 9 and a coolant jacket section on the suction side 10 through agrees.
  • the webs 5 between the adjacent combustion chambers 1 each with a the outlet side 9 and the suction side 10 connecting, designed as a horizontal bore opening 1 1 are equipped. These are reliably flowed through on the cold suction side 10 due to the pressure gradient of the coolant between the coolant collecting strip 3 and the region of the outlet 6. By an additional throttling on the front sides of the coolant jacket by a free
  • the volume flow can be selectively forced through the openings 1 1, wherein the locking body 12 at the same time
  • FIG. 3 by way of example, a passage 13, which extends as far as an upper edge of the cylinder crankcase, is shown in the region of the webs 5. This variant allows advantageously that the coolant jacket 2 to the illustrated
  • Parting plane of the cylinder crankcase and the cylinder head can be flowed against.
  • Variant is especially advantageous if the opening 1 shown in Figure 1 1 of the webs 5 between the adjacent combustion chambers 1 is not possible, but due to the specific power of the internal combustion engine, an increased cooling capacity is required.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren, in einem Zylinderkurbelgehäuse in einer Zylinderreihe nebeneinander angeordneten Brennräumen (1), die beiderseits der Zylinderreihe von einem gemeinsamen Kühlmittelmantel (2) umgeben sind. Dadurch gelangt das Kühlmittel von einer Kühlmittelsammelleiste (3) durch einen als Speisung ausgeführten Einlass (4) umfangsseitig zu den nicht gezeigten, die Brennräume (1) einschließenden Wandungen. Anschließend wird das Kühlmittel durch einen als Abzug dienenden Auslass (6) abgeführt. Unmittelbar hinter dem Einlass (4) teilt sich der zugeführte Kühlmittelstrom in zwei Teilströme, die die Zylinderreihe in einander entgegensetzten Strömungsrichtungen (7, 8) umströmen und im Bereich des Auslasses (6) aufeinandertreffen. Indem der Einlass (4) an einer im Betrieb heißen Auslassseite (9) für die Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine und der Auslass (6) an einer Saugseite (10) für die der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluft angeordnet sind, wird der gesamte Kühlmittelstrom zunächst der relativ heißeren Seite des Zylinderkurbelgehäuses zugeführt. Hierdurch wird eine wesentliche Effizienzsteigerung bei der Kühlwirkung erreicht. Darüber hinaus stimmt die jeweilige Gesamtlänge der Kühlmittelteilströme zwischen dem Einlass (4) und dem Auslass (6), die dabei jeweils sowohl einen Kühlmittelmantelabschnitt auf der Auslassseite (9) als auch einen Kühlmittelmantelabschnitt auf der Saugseite (10) durchströmen, überein. Durch diese Anordnung ist eine sehr günstige Gleichverteilung der Strömung und der Drosselstellen in den Teilströmen, insbesondere bedingt durch die in dem Zylinderkurbelgehäuse vorgesehenen Zylinderkopfschrauben, ohne eine zusätzliche Drosselung möglich.

Description

Beschreibung
Brennkraftmaschine mit einem die Brennräume umgebenden Kühlmittelmantel
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren, in einem Zylinderkurbelgehäuse in einer Zylinderreihe nebeneinander angeordneten Brennräumen, die von einem gemeinsamen Kühlmittelmantel umgeben sind, der von einem durch einen Einlass zuführbaren und durch einen Auslass abführbaren Kühlmittel in zumindest zwei Teilströmen entlang verschiedener, an unterschiedlichen Seiten der Brennräume angeordneten Kühlmittelmantelabschnitten durchströmbar ist, die zwischen sich die Zylinderreihe einschließen.
Bei Brennkraftmaschinen ist es bekannt, eine Flüssigkeitskühlung der Zylinder durch
Anströmung eines Kühlmittels durch einen Kühlmittelmantel, der die Zylinder umgibt, bereitzustellen. Die Zylinder werden durch das vorbeigeführte Kühlmittel über einen Kontakt mit den Zylinderwänden gekühlt.
Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme für eine Zylinderreihe leiten im Allgemeinen eine Kühlmittelströmung längs an den ausgerichteten Zylindern vorbei, von einem Ende der Zylinderreihe zum anderen, wie dies beispielsweise in der US 6 289 855 B1 beschrieben wird.
Die von dem Einlassende zu dem Auslassende des Mantels zunehmende Temperatur des Kühlmittels führt dazu, dass die Zylinder ungleichmäßig gekühlt werden, was dazu führen kann, dass sich bei hohen Motorbelastungen in der Nähe des Auslassendes Dampfblasen bilden.
Die DE 10 2005 018 364 A1 schlägt einen Kühlmantel vor, in dem ein Kühlmittel durch
Einlassgänge zu oberen Enden der Zylinder benachbart zu den Brennkammern befördert wird. Das Kühlmittel wird gleichmäßig an die Seitenströmungsschlitze entlang der Zylinder verteilt und strömt entlang der Zylinder axial abwärts zu kühleren unteren Enden, wo es in
Auslassgängen gesammelt wird und von dem Mantel ausgetragen wird. Der Kühlmantel ist vorzugsweise in Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinderreihe getrennt und mit getrennten Einlass- und Auslassgängen für jede Seite versehen. Die Gänge sind mit verschiedenen Strömungsdurchgängen ausgestattet, um jeden Zylinder mit einer gleichen und separaten Kühlmittelströmung, die gleiche Kühlmitteltemperaturen aufweist, zu versehen. Hierzu sind die Strömungseinlassgänge mit sich von dem ersten Zylinder an den Einlassenden der Gänge zu dem letzten Zylinder verringernden Strömungsquerschnittsflächen gebildet, um die Kühlmittelströmung von der Strömung durch den Kühlmantel gleich an die Zylinder zu verteilen. Umgekehrt sind die Strömungsauslassgänge mit größer werdenden
Strömungsquerschnittsflächen für die Auslassströmung von dem ersten Zylinder zu dem letzten Zylinder an den Austragsenden der Auslassgänge gebildet, um eine relativ konstante
Strömungsgeschwindigkeit bzw. einen relativ konstanten Strömungsdurchsatz des Kühlmittels in den Gängen beizubehalten. Die Strömungseinlassgänge und die Strömungsauslassgänge sind zwischen den Zylindern und durch Trennwände entlang der Mittellinie der Zylinderreihe an Längsenden der Gänge getrennt.
Die DE 103 57 340 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren, nebeneinander angeordneten Brennräumen, die von einem gemeinsamen Kühlmittelmantel umgeben sind. Dem Kühlmittelmantel ist ein Kühlmittelleitungselement in Form einer Sammelleiste zugeordnet, welches sich über mehrere Brennräume erstreckt und über das dem Kühlmittelmantel Kühlmittel zuführbar und bei Bedarf abführbar ist. Eine Verbindung zwischen Sammelleiste und
Kühlmittelmantel wird durch mehrere Kühlmitteldurchlässe realisiert. Um einen möglichst gleichmäßigen Wärmetransfer von und zu den jeweiligen Brennräumen bzw. deren Wandungen zu ermöglichen dient ein Strömungsleitelement zur Vergleichmäßigung einer durch die
Kühlmitteldurchlässe geführten Kühlmittelströmung, wobei zugleich die Strömung verzweigt wird. Das Strömungsleitelement bewirkt eine Reduzierung einzelner
Geschwindigkeitskomponenten der Kühlmittelströmung von der Sammelleiste in den
Kühlmittelmantel und folglich eine Umlenkung und Vergleichmäßigung der Strömung im
Kühlmittelmantel selbst.
Aus der DE 10 2012 021 065 A1 ist ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolbenmaschine mit wenigstens einem Zylinder und mit einem den Zylinder zumindest bereichsweise umgebenden Wassermantel bekannt, der zum Kühlen des Zylinders von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, wobei sich seitlich neben dem Wassermantel ein Wasserverteilerkanal erstreckt.
Die US 4,455,972 A beschreibt einen Zylinderblock mit einem Wasserkasten, wobei eine sich in Strömungsrichtung erstreckende Wandung den Wasserkasten in einen oberen und einen unteren Abschnitt teilt. In Strömungsrichtung gesehen ist dabei die teilende Wandung derart schräg verlaufend ausgebildet, dass sich der obere Abschnitt verengt, wogegen sich der untere Abschnitt verbreitert.
Aus der EP 0 671 552 B1 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein oberes, den Brennräumen der Zylinder zugeordnetes Teilkanalsystem zu einem Zylinderkopf hin offen ist und mit Kühlflüssigkeitsräumen im Zylinderkopf ein einheitliches oberes Kanalsystem bildet, wobei die im Zylinderkopf befindlichen Kühlflüssigkeitsräume vom
Teilkanalsystem im Zylinderblock durch mehrere, über eine Zylinderkopfbodenplatte verteilte Durchlässe mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
Aus der DE 32 47 663 C1 ist ein Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei Kühlwasserhohlräume im Zylinderblock entsprechende im Zylinderblock ausgebildete Zylinder umgeben. Ein unterer Bereich der Kühlwasserhohlräume ist durch ein eingebrachtes, hitzebeständiges Kunststoffmaterial teilweise aufgefüllt. Dadurch ist der Zylinderblock an unterschiedliche Anforderungen bzgl. der Kühlverhältnisse nachträglich entsprechend anpassbar.
Die DE 24 17 925 C2 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei abgetrennt von einem die Zylinder umgebenden Wassermantel eine zusätzliche
Kühlmittelkammer vorgesehen ist, welche sich in Strömungsrichtung horizontal verengt und stromab in den Wassermantel mündet.
Aus der DE 41 40 772 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung von Stegen zwischen Zylindern eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine bekannt. Diese Stege sind zwischen zumindest im Bereich eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine zusammengegossen Zylindern angeordnet und weisen Kühlkanäle auf.
Die DE 198 12 831 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem im Zylinderblock ausgebildeten Fluidkanal. Um eine optimierte laminare Strömung des Kühlmittels über eine gesamte Länge eines Kühlkanales im Zylinderblock zu erreichen, ist der Boden des
Fluidkanales in Form einer gekrümmten Ebene mit mehreren aufeinander folgenden
Erhöhungen und dazwischen liegenden Senken ausgebildet.
Als nachteilig erweist sich bei diesem Stand der Technik, dass eine gleichmäßige Anstromung der Zylinderreihe entlang der beiden Seiten in der Praxis entsprechende Maßnahmen zur Beeinflussung der Strömung erfordern. Insbesondere werden die hierzu erforderlichen
Drosselungen der Strömung durch in Strömungsrichtung verringerten
Strömungsquerschnittsflächen oder durch spezielle Strömungsleitelemente erreicht, um die Kühlmittelströmung von der Strömung durch den Kühlmantel gleichmäßig auf die Brennräume zu verteilen und eine Vergleichmäßigung der Kühlmittelströmung zu realisieren. Hiermit sind jedoch zusätzliche Strömungsverluste verbunden. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die auftretenden Strömungsverluste gering sind und zugleich zumindest annähernd übereinstimmende Strömungsverhältnisse in den Teilströmen erreicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei welcher der Einlass auf einer ersten Seite und der Auslass auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite angeordnet ist. Indem der Einlass und der Auslass auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zylinderreihe und das Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind, wird in überraschend einfacher Weise eine Aufteilung des zugeführten Kühlmittels derart möglich, dass der in dem jeweiligen Teilstrom auftretende Gesamtströmungswiderstand im Wesentlichen
übereinstimmend ist. Bei Versuchen konnte so bereits nachgewiesen werden, dass der Volumenstrom ohne zusätzliche Strömungsleitelemente bei einer Aufteilung in zwei Teilströme nahezu übereinstimmt. Dadurch kann zugleich auf Drosselelemente bzw. Drosselstellen in den Kühlmittelmantelabschnitten verzichtet werden, sodass der insgesamt zwischen Einlass und Auslass auftretende Strömungsverlust auf ein Minimum reduziert werden kann. Zu diesem Zweck wird jeder der Teilströme an gegenüberliegenden Enden der Zylinderreihe um den jeweils äußeren Brennraum herumgeführt, während beim Stand der Technik ein Teilstrom um die beiden äußeren Brennräume herumgeführt wird und somit einen wesentlich längeren Weg zurücklegt als der den Einlass und den Auslass direkt verbindende andere Teilstrom, welcher zum Ausgleich der unterschiedlichen Streckenlänge mit einer Drosselung ausgestattet ist.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Seite der Auslassseite den Verbrennungsgasen der Brennkraftmaschine und die zweite Seite der Saugseite den der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft zugeordnet ist, sodass das von der Wärme der Brennräume zunächst noch nicht erwärmte Kühlmittel zuerst auf die durch die
Verbrennungsabgase zusätzlich erhitzte Seite des Zylinderkurbelgehäuses trifft. Hierdurch wird die maximale Kühlwirkung auf der Seite der höheren Temperaturen bereitgestellt, um so den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern. Indem jeder Kühlmittelteilstrom zwischen dem Einlass und dem Auslass sowohl einen
Kühlmittelmantelabschnitt auf der ersten Seite als auch einen Kühlmittelmantelabschnitt auf der zweiten Seite durchströmt, trifft der gesamte Kühlmittelstrom zunächst auf dieselbe Seite des Zylinderkurbelgehäuses und verteilt sich dort in zwei Teilströmen auf die den verschiedenen Brennräumen zugeordneten Kühlmittelmantelbereiche, während jeder Teilstrom anschließend auf die der ersten Seite abgewandte zweite Seite derselben Brennräume trifft.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Längen der Teilströme zwischen Einlass und Auslass zumindest im Wesentlichen übereinstimmen, sodass bei einem im Übrigen symmetrischen Aufbau des Kühlmittelmantels sich nahezu übereinstimmende
Strömungswiderstände bzw. Strömungsverluste ergeben. Zusätzliche Drosselstellen sind somit verzichtbar.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist dem Kühlmittelmantel ein Kühlmittelleitungselement mit einer Kühlmittelsammelleiste zugeordnet. Indem die Brennkraftmaschine eine Kühlmittelsammelleiste aufweist, die im Bereich des Einlasses mit dem Kühlmittelmantel verbunden ist, ist stets eine ausreichende Kühlmittelmenge verfügbar und es erfolgt entlang der vorzugsweise parallel zu der Zylinderreihe ausgerichteten Kühlmittelsammelleiste eine zusätzliche Kühlwirkung des Zylinderkurbelgehäuses.
Bevorzugt sind durch die Kühlmittelsammelleiste das Zylinderkurbelgehäuse und der
Zylinderkopf der Brennkraftmaschine durch die Kühlmittelsammelleiste gemeinsam mit dem Kühlmittel beaufschlagbar, wodurch ein sogenanntes Einkreissystem realisiert wird. Die Aufteilung der dem Zylinderkurbelgehäuse einerseits und dem Zylinderkopf andererseits zuzuführenden Kühlmittelmenge ist dabei vorzugsweise variabel aufteilbar, beispielsweise durch ein einstellbares Drosselelement. Auf diese Weise kann die Kühlwirkung beispielsweise vorübergehend in Abhängigkeit erfasster Betriebsparameter auf den Zylinderkopf konzentriert werden.
Eine andere, ebenfalls besonders praxisrelevante Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird dadurch erreicht, dass zumindest einzelne Stege zwischen benachbarten Brennräumen mit einer die beiden Seiten verbindenden Durchbrechung, insbesondere horizontalen Bohrung, ausgestattet sind. Hierdurch gelingt es, auch die
Trennflächen zwischen den Brennräumen, die als Stege ausgeführt sind, mit dem Kühlmittel zu beaufschlagen. Die Durchbrechungen werden dabei aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Einlass und dem Auslass zuverlässig durchströmt und verlaufen insbesondere horizontal. Bei einer anderen, ebenfalls besonders sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung ist in einem außenseitigen Übergangsbereich zumindest eines Kühlmittel-Mantelabschnittes zwischen den beiden Seiten eines Brennraumes eine Drosselung vorgesehen, um den Strömungsanteil in der Durchbrechung in den Stegen zu erhöhen. Diese Drosselung kann beispielsweise auch einstellbar sein. Hierdurch strömt ein erhöhter Anteil des zugeführten Kühlmittels durch die Durchbrechungen in den Stegen, wodurch der Strömungswiderstand zwischen Einlass und Auslass zunimmt und bei einem Einkreissystem ein entsprechend erhöhter Anteil einem weiteren Kühlkreis zugeführt wird, der beispielsweise dem Zylinderkopf zugeordnet sein kann.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung erstreckt sich im Bereich zumindest eines Steges ein Durchtritt bis zu einem oberen Rand des Zylinderkurbelgehäuses. Dieser einen Bereich des Kühlmittelmantels bildende Durchtritt kann dann wahlweise ein Überströmen des Kühlmittels in den Bereich des Zylinderkopfes ermöglichen oder wird durch eine
entsprechende, das Zylinderkurbelgehäuse von dem Zylinderkopf trennende Dichtung verschlossen. In beiden Fällen erfolgt so die Kühlmittelbeaufschlagung über die gesamte Höhe der Brennräume, sodass insbesondere auch der dem Zylinderkopf zugewandte Abschnitt der Brennräume mit einer ausreichenden Kühlleistung beaufschlagt werden kann.
Vorzugsweise ist der Auslass in einem dem oberen Ebene des Zylinderkurbelgehäuses zugewandten Randbereich angeordnet, sodass der Auslass bei einer horizontalen oder gegenüber der Horizontalen lediglich geringfügig geneigten Orientierung der Zylinderreihe geodätisch höher liegt als der Einlass. Eingeschlossene Luft sammelt sich somit im Bereich des Auslasses und kann dort problemlos abgeführt werden. Alternativ kann selbstverständlich auch eine gesonderte Entlüftungsöffnung vorgesehen sein.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Kühlmittelmantel einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2 eine Variante des Kühlmittelmantels mit einer Stegkühlung;
Fig. 3 eine weitere Variante mit einem Durchtritt zu einem Zylinderkopf. Eine erfindungsgemäße, mit einem Kühlmittelmantel ausgestattete Brennkraftmaschine wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Die Brennkraftmaschine hat in dem lediglich exemplarisch dargestellten Beispiel eines Vierzylindermotors vier in einer Zylinderreihe nebeneinander angeordnete Brennräume 1 , die in einem nicht weiter dargestellten
Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die Brennräume 1 sind beiderseits der Zylinderreihe von einem gemeinsamen Kühlmittelmantel 2 umgeben. Dadurch gelangt das Kühlmittel von einer Kühlmittelsammelleiste 3 durch einen als Speisung
ausgeführten Einlass 4 umfangsseitig zu den nicht gezeigten, die Brennräume 1
einschließenden Wandungen, mit Ausnahme der durch Stege 5 gebildeten Zwischenwände zwischen benachbarten Brennräumen 1. Anschließend wird das Kühlmittel durch einen als Abzug dienenden Auslass 6 abgeführt. Unmittelbar hinter dem Einlass 4 teilt sich der zugeführte Kühlmittelstrom in zwei Teilströme, die die Zylinderreihe in einander
entgegensetzten Strömungsrichtungen 7, 8 umströmen und im Bereich des Auslasses 6 aufeinandertreffen. Indem der Einlass 4 an einer im Betrieb heißen Auslassseite 9 für die Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine und der Auslass 6 an einer Saugseite 10 für die der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluft angeordnet ist, wird der gesamte Kühlmittelstrom zunächst der relativ heißeren Seite des Zylinderkurbelgehäuses zugeführt. Hierdurch wird eine wesentliche Effizienzsteigerung bei der Kühlwirkung erreicht. Darüber hinaus stimmt die jeweilige Gesamtlänge der Kühlmittelteilströme zwischen dem Einlass 4 und dem Auslass 6, die dabei jeweils sowohl einen Kühlmittelmantelabschnitt auf der Auslassseite 9 als auch einen Kühlmittelmantelabschnitt auf der Saugseite 10 durchströmen, überein. Durch diese Anordnung ist eine sehr günstige Gleichverteilung der Strömung und der Drosselstellen in den Teilströmen, insbesondere bedingt durch die in dem Zylinderkurbelgehäuse vorgesehenen
Zylinderkopfschrauben, ohne eine zusätzliche Drosselung möglich.
Bei einer in Figur 2 gezeigten Variante sind zudem die Stege 5 zwischen den benachbarten Brennräumen 1 jeweils mit einer die Auslassseite 9 und die Saugseite 10 verbindenden, als horizontale Bohrung ausgeführten Durchbrechung 1 1 ausgestattet. Diese werden aufgrund des Druckgefälles des Kühlmittels zwischen der Kühlmittelsammelleiste 3 und dem Bereich des Auslasses 6 auf der kalten Saugseite 10 zuverlässig durchströmt. Durch eine zusätzliche Drosselung an den Stirnseiten des Kühlmittelmantels durch einen den freien
Strömungsdurchtritt beschränkenden Sperrkörper 12 kann der Volumenstrom gezielt durch die Durchbrechungen 1 1 gezwungen werden, wobei der Sperrkörper 12 zugleich die
gegebenenfalls erforderliche auslassseitige Drosselung ersetzt, welche genutzt wird, um bei einer Zweikreiskühlung dem Zylinderkopf einen ausreichenden Anteil des Kühlmittels zuführen zu können. Weiterhin ist in Figur 3 noch im Bereich der Stege 5 beispielhaft ein Durchtritt 13 dargestellt, der sich bis zu einem oberen Rand des Zylinderkurbelgehäuses erstreckt. Diese Variante ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass der Kühlmittelmantel 2 bis zu der dargestellten
Trennebene des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfes anströmbar ist. Diese
Variante ist vor allem auch dann von Vorteil, wenn die in Figur 2 gezeigte Durchbrechung 1 1 der Stege 5 zwischen den benachbarten Brennräumen 1 nicht möglich ist, jedoch aufgrund der spezifischen Leistung der Brennkraftmaschine eine erhöhte Kühlleistung erforderlich ist.
Bezugszeichenliste
Brennraum
Kühlmittelmantel
Kühlmittelsammelleiste
Einlass
Steg Auslass
Strömungsrichtung
Strömungsrichtung
Auslassseite
Saugseite Durchbrechung
Sperrkörper
Durchtritt

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit mehreren, in einem Zylinderkurbelgehäuse in einer Zylinderreihe nebeneinander angeordneten Brennräumen (1 ), die von einem gemeinsamen
Kühlmittelmantel (2) umgeben sind, der von einem durch einen Einlass (4) zuführbaren und durch einen Auslass (6) abführbaren Kühlmittel in zumindest zwei Teilströmen entlang verschiedener, an unterschiedlichen Seiten der Brennräume (1 ) angeordneten
Kühlmittelmantelabschnitten durchströmbar ist, die zwischen sich die Zylinderreihe einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (4) auf einer ersten Seite und der Auslass (6) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite der Auslassseite (9) für die Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine und die zweite Seite der Saugseite (10) für die der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluft zugeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Kühlmittelteilstrom zwischen dem Einlass (4) und dem Auslass (6) sowohl ein Kühlmittelmantelabschnitt auf der Auslassseite (9) als auch ein Kühlmittelmantelabschnitt auf der Saugseite (10) durchströmbar ist.
4. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Längen der Teilströme zwischen Einlass (4) und Auslass (6) zumindest im Wesentlichen übereinstimmen.
5. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass dem Kühlmittelmantel (2) ein Kühlmittelleitungselement mit einer Kühlmittelsammelleiste (3) zugeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Zylinderkurbelgehäuse und ein Zylinderkopf durch die Kühlmittelsammelleiste (3) gemeinsam mit dem Kühlmittel beaufschlagbar sind.
7. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Stege (5) zwischen benachbarten Brennräumen (1 ) mit einer die beiden Seiten verbindenden Durchbrechung (1 1 ) ausgestattet sind.
8. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem außenseitigen Übergangsbereich zumindest eines Kühlmittelmantelabschnittes zwischen den beiden Seiten eine Drosselung vorgesehen ist.
9. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich zumindest eines Steges (5) ein Durchtritt (13) bis zu einem oberen Rand des Zylinderkurbelgehäuses geführt ist.
10. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Auslass (6) in einem einer oberen Ebene des
Zylinderkurbelgehäuses zugewandten Randbereich angeordnet ist.
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